Java队列篇之实现数组模拟队列及可复用环形队列详解
作者：叶绿体不忘呼吸
像栈一样，队列（queue）也是一种线性表，它的特性是先进先出，插入在一端，删除在另一端。就像排队一样，刚来的人入队（push）要排在队尾(rear)，每次出队(pop)的都是队首(front)的人
队列简介
队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
遵循先入先出的原则。即先存入队列的数据，先取出，后存入的后取出。
示意图：(使用数组模拟队列示意图)
有两个分别指向头部和尾部的“指针”。
数组模拟队列（无法复用）
1、实现思路
队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如下图，其中maxSize是该队列的最大容量。
因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量front及rear分别记录队列前后端的下标，front会随着数据输出而改变，而rear则是随着数据输入而改变，如图所示：
当我们将数据存入队列时称为addQueue，addQueue的处理需要有两个步骤：
①将尾指针往后移。
②若尾指针rear小于队列的最大下标maxSize-1，则将数据存入rear 所指的数组元素中，否则无法存入数据。
rear+1当front== rear[空]
rear==maxSize-1[队列满]
2、代码实现
①数组实现队列类
class ArrQueue {
private int maxSize; //队列（数组）最大容量
private int front; //指向队列头部
private int rear; //指向队列尾部
private int[] queue;
//创造队列的构造器
public ArrQueue(int maxSize){
this.maxSize = maxSize;
queue = new int[maxSize];
front = -1; //其实是队列第一个元素的前一个索引
rear = -1; //最后一个元素的索引
}
//判断是否满
public boolean isFull(){
return rear == maxSize - 1;
}
//判断是否空
public boolean isEmpty(){
return front == rear;
}
//添加元素
public void addQueue(int n){
if (isFull()){
System.out.println("队列已经满了，无法添加！");
return;
}else {
rear++;
queue[rear] = n;
}
}
//取出元素
public int getQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空，无元素可取！");
}else {
front++;
return queue[front];
}
}
//显示队列
public void showQueue(){
if (isEmpty()){
System.out.println("队列为空，没有元素可显示！");
return;
}
for (int i : queue){
System.out.println(i);
}
}
//显示头数据
public void headQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空，没有头数据！");
}
int i = front;
System.out.println(queue[++i]);
}
}
②测试类
import java.util.Scanner;
/**
* @Author: Yeman
* @Date: 2021-10-11-22:02
* @Description:
*/
public class ArrayQueueTest {
public static void main(String[] args) {
//创建一个队列
ArrQueue arrQueue = new ArrQueue(3);
//创建一个用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
//创建一个功能菜单
char key = ' ';
boolean isShow = true;
while (isShow){
System.out.println("s:显示队列");
System.out.println("a:添加数据");
System.out.println("g:取出数据");
System.out.println("h:显示头数据");
System.out.println("e:退出程序");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key){
case 's' :
arrQueue.showQueue();
break;
case 'a' :
System.out.println("请输入一个数：");
int value = scanner.nextInt();
arrQueue.addQueue(value);
break;
case 'g' :
try {
System.out.println(arrQueue.getQueue());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
break;
case 'h' :
try {
arrQueue.headQueue();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
break;
case 'e' :
isShow = false;
break;
}
}
System.out.println("程序退出...");
}
}
数组模拟环形队列（可复用）
对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组。将数组看做是一个环形的，即取出之后，有位置可以空出来添加。(通过取模的方式来实现即可)
分析说明:
①尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定。在作判断队列满的时候需要注意(rear+ 1) % maxSize== front [满]
②rear == front [空]
1、思路如下:
①front 变量的含义调整：front 指向队列的第一个元素, 也就是说arr[front]就是队列的第一个元素，front的初始值为0。
②rear 变量的含义调整：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个空间做为约定，rear的初始值=0。
③当队列满时，条件是(rear + 1) % maxSize == front [满]
④对队列为空的条件是rear== front[空]
⑤当我们这样分析，队列中有效的数据的个数(rear + maxSize - front) % maxSize
⑥我们就可以在原来的队列上修改得到一个环形队列
2、代码实现
①数组实现环形队列类
class ArrQueue {
private int maxSize; //队列（数组）最大容量
private int front; //指向队列头部，队列第一个元素的索引
private int rear; //指向队列尾部，队列最后一个元素的后一个索引
private int[] queue;
//创造队列的构造器
public ArrQueue(int maxSize){
this.maxSize = maxSize;
queue = new int[maxSize];
}
//判断是否满
public boolean isFull(){
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//判断是否空
public boolean isEmpty(){
return front == rear;
}
//添加元素
public void addQueue(int n){
if (isFull()){
System.out.println("队列已经满了，无法添加！");
return;
}else {
queue[rear] = n;
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
}
//取出元素
public int getQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空，无元素可取！");
}else {
int data = queue[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return data;
}
}
//显示队列
public void showQueue(){
if (isEmpty()){
System.out.println("队列为空，没有元素可显示！");
return;
}
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.printf("arr[%d] = %d\n",i % maxSize,queue[i % maxSize]);
}
}
//求当前队列有效数据个数
public int size(){
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示头数据
public void headQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空，没有头数据！");
}
System.out.println(queue[front]);
}
}
②测试类
import java.util.Scanner;
/**
* @Author: Yeman
* @Date: 2021-10-11-22:02
* @Description:
*/
public class ArrayQueueTest {
public static void main(String[] args) {
//创建一个队列
ArrQueue arrQueue = new ArrQueue(3); //说明该环形队列的最大有效数据为2
//创建一个用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
//创建一个功能菜单
char key = ' ';
boolean isShow = true;
while (isShow){
System.out.println("s:显示队列");
System.out.println("a:添加数据");
System.out.println("g:取出数据");
System.out.println("h:显示头数据");
System.out.println("e:退出程序");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key){
case 's' :
arrQueue.showQueue();
break;
case 'a' :
System.out.println("请输入一个数：");
int value = scanner.nextInt();
arrQueue.addQueue(value);
break;
case 'g' :
try {
System.out.println(arrQueue.getQueue());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
break;
case 'h' :
try {
arrQueue.headQueue();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
break;
case 'e' :
isShow = false;
break;
}
}
System.out.println("程序退出...");
}
}
到此这篇关于Java队列篇之实现数组模拟队列及可复用环形队列详解的文章就介绍到这了,更多相关Java 队列内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！